Transcript 雨水设计流量，L/s

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第4章
4.3
建筑屋面雨水排水系统
雨水排水系统的水力计算
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雨水排水系统的水力计算
4.3.1 屋面雨水设计流量计算
１．设计暴雨强度
雨水设计流量是雨水排水系统最基本的参数，按降雨强
度计算，各地区的气候条件不同，降雨强度计算公式不同：
167A(1  c lg P)
q
(t  b) n
式中
q —— 设计降雨强度，L/s·ha；
P —— 设计重现期，a；
t —— 降雨历时，min；
A、c、n、b ——当地的降雨参数，根据统计方法确定。
q
2111(1 后退
0.85lg P)
(t  8) 0.70
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雨水排水系统的水力计算
4.3.1 屋面雨水设计流量计算
各地的降雨强度公式可以在室外排水设计手册中查出。
如当地无降雨强度公式时，可以根据当地雨量记录进行推算，
或借用邻近地区的降雨强度公式进行计算。
北京地区的设计降雨强度可按下式计算：
q
2111(1  0.85lg P)
(t  8) 0.70
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雨水排水系统的水力计算
4.3.1 屋面雨水设计流量计算
屋面雨水排水管道的设计降雨历时可按5min计算，
居住小区的雨水管道设计降雨历时应按下式计算：
t  t1  Mt2
式中
t —— 降雨历时，min；
t1 —— 地面集流时间，min，视距离长短、地形坡度
和地面覆盖情况而定，一般可以选5～10min；
M —— 折减系数，小区支管和接户管：M =1，小区干
管、暗管：M =2，明沟M =1.2；
t2 —— 排水管道内的雨水流行时间，min。
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雨水排水系统的水力计算
4.3.1 屋面雨水设计流量计算
２．汇水面积F
汇水面积按屋面的水平投影面积计算，而不是屋顶的实
际面积计算。
对于高出屋面的侧墙，考虑到大风作用下，雨水倾斜下
落的影响，应将其垂直面积的1/2计入汇水面积。
若有高出屋面的窗井，还应附加其高出部分的最大一面
侧墙面积的1/2。
高层建筑群房屋面排水汇水面积的计算与高层建筑屋面
排水汇水面积计算方法相同。
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雨水排水系统的水力计算
4.3.1 屋面雨水设计流量计算
３．设计重现期
设计重现期根据建筑物的重要程度、汇水区域的性质、
地形特点、气象特点等因素确定。
近年来，由于建筑标准的不断提高，P 值也有增大的
趋势，各种汇水区域的设计重现期不宜小于下表中的数值。
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雨水排水系统的水力计算
4.3.1 屋面雨水设计流量计算
各种汇水区域的设计重现期
汇水区域名称
屋面
室外场地
设计重现期（a）
一般性建筑
2～5
重要公共建筑
10
居住小区
1～3
车站、码头、机场的基地
2～5
一般情况下，87式雨水斗系统的设计重现期宜取表中的
低限值；虹吸式系统的设计重现期应不低于表中的高限值。
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雨水排水系统的水力计算
4.3.1 屋面雨水设计流量计算
４．雨水量计算公式
雨水设计流量按下式计算：
式中
Q——雨水设计流量，L/s；
q5——降雨历时为5min时的暴雨强度，L/s·ha；
Ψ——径流系数，建筑屋面可采用Ψ = 0.9 ；
F ——汇水面积，㎡。
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雨水排水系统的水力计算
4.3.1 屋面雨水设计流量计算
式中
Q——雨水设计流量，L/s；
Ψ——径流系数，建筑屋面可采用Ψ = 0.9；
F ——汇水面积，㎡；
h5——当地降雨历时为5min时的小时降雨厚度，mm/h。
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雨水排水系统的水力计算
4.3.1 屋面雨水设计流量计算
由于降雨本身的规律性不是很强，雨水管道设计计算公
式
是根据长期积累的气象资料，进行数据统计分析而得到的。
公式中采用的一些参数，如设计重现期、降雨历时、径
流
系数（径流量／降雨量）等都带有一定的经验性。
因此工程中应参照一些经验确定设计参数。
设计时选降雨历时越短，降雨强度越大，雨水系统造价
越
高；选降雨历时过长，降雨强度过小，雨水系统造价降低，但
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雨水排水系统的水力计算
4.3.2 系统计算原理与参数
１．雨水斗泄流量
重力流状态下，雨水斗的排水状况是自由堰流，通过雨水斗
的泄流量与雨水斗进水口直径和斗前水深有关，可按环形溢
流堰公式计算：
半有压流和压力流状态下，排水管道内产生负压抽吸，通过
雨水斗的泄流量为：
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雨水排水系统的水力计算
4.3.2 系统计算原理与参数
各种类型雨水斗的最大泄流量可按下表选取。
雨水斗最大泄流量（L/s）表
雨水斗形式
虹吸式
87式（单斗）
87式（多斗）
堰流斗式
管径（mm）
50
75
100 150
6
12
25
8
16
32
6
12
26
按生产厂家的资料选取
200
52
40
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雨水排水系统的水力计算
4.3.2 系统计算原理与参数
２．天沟流量
屋面天沟为明渠排水，天沟水流流速可按明渠均匀流公式计算
式中
Q——天沟排水流量，m3／s；
v——流速，m／s；
n——天沟粗糙度系数，与天沟材料及施工情况有关，
见各种抹面天沟n值表；
i——天沟坡度，不小于0.003；
ω——天沟过水断面积，m2。
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雨水排水系统的水力计算
4.3.2 系统计算原理与参数
各种抹面天沟n值表
天沟壁面材料
n
天沟壁面材料
n
水泥砂浆光滑抹面
0.011
喷浆护面
0.016～0.021
普通水泥砂浆抹面
0.012～0.013
不整齐表面
0.020
无抹面
0.014～0.017
豆砂沥青玛碲脂表面
0.025
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雨水排水系统的水力计算
4.3.2 系统计算原理与参数
３．横管
横管包括悬吊管、管道层的汇合管、埋地横干管和出户管，
横管可以近似地按圆管均匀流计算：
横管的管径根据各雨水斗流量之和确定，并宜保持管径不变。
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雨水排水系统的水力计算
4.3.2 系统计算原理与参数
４．立管
重力流状态下雨水排水立管按水膜流计算：
式中
Q——立管排水流量，L/s；
Kp——粗糙高度，m，塑料管取15×10－6m，铸铁管
取25×10－5 m；
α ——充水率，塑料管取0.3，铸铁管取0.35；
d ——管道计算内径，m。
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雨水排水系统的水力计算
4.3.2 系统计算原理与参数
重力半有压流状态
雨水排水立管
按水塞流计算，
铸铁管充水率：
α＝0.57～0.35
小管径取大值，
大管径取小值。
重力半有压流除重力作用外，还有负压抽
吸作用，故：重力半有压流系统立管的排
水能力大于重力流。
单斗系统立管管径：
与雨水斗口径、悬吊管管径相同；
多斗系统立管管径：
根据立管设计排水量按重力半有
压流立管的最大允许泄流量表确定。
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雨水排水系统的水力计算
4.3.2 系统计算原理与参数
重力半有压流立管的最大允许泄流量表
管径（mm）
排水流量
（L／s）
75
100
150
200
250
300
多层建筑 10
19
42
75
135
220
高层建筑 12
25
55
90
155
240
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雨水排水系统的水力计算
4.3.2 系统计算原理与参数
５．溢流口
功能：主要是雨水系统事故时排水和超量雨水排除。
按最不利情况考虑，溢流口的排水能力应不小于50年重
现期的雨水量。溢流口的孔口尺寸可按下式近似计算：
式中
Q——溢流口服务面积内的最大降雨量，L/s；
b——溢流口宽度，m；
h——溢流孔口高度，m；
m——流量系数，取385；
g——重力加速度，m/s2，取9.81。
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雨水排水系统的水力计算
4.3.3 设计计算步骤
１．普通外排水系统(宜按重力无压流系统设计)
根据屋面坡度和建筑物立面要求，布置立管，立管间距
8～12m；
计算每根立管的汇水面积；
重力流立管最大允许泄流量
点击查看
求每根立管的泄水量；
按堰流式斗雨水系统查重力流立管最大允许泄流量表，
确定立管管径。
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雨水排水系统的水力计算
4.3.3 设计计算步骤
２．天沟外排水(宜按重力半有压流系统设计)
天沟布置
即确定天沟的分水线及每条天沟的汇水面积；按照屋面的
构造一般应在伸缩缝或沉降缝作为天沟分水线，单坡的排泄长
度不得大于 50m。天沟较长时，坡度不能太大，但最小坡度不
得小于0.003。
确定天沟断面
天沟形状：矩形、梯形、半圆形、三角形等。
天沟尺寸：根据排水量、天沟汇水面积计算，根据每一条天沟
应该排泄的雨水量计算天沟断面面积ω。
设计时：常采用断面净尺寸为400mm×400mm，保护高度不小于
100mm。
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雨水排水系统的水力计算
4.3.3 设计计算步骤
天沟布置图
雨水斗
检
查
井
消能池
天沟
沉降缝
Q  uA
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雨水排水系统的水力计算
4.3.3 设计计算步骤
计算水流速度
根据天沟的断面尺寸，应用谢才公式计算天沟的允许水
流速度υ和允许泄流量Q 。
Q  uA
u  c Ri
1
c
R
n
1
6
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雨水排水系统的水力计算
4.3.3 设计计算步骤
式中
Q
A
u
R
i
n
—— 雨水的允许泄流量，L/s；
—— 天沟的迂水断面面积，m² ；
—— 天沟内水流速度，m/s ；
—— 水力半径，m ；
—— 天沟坡度，i ≥0.003
；
—— 天沟粗糙度系数，与天沟材料及施工情况有关，
见各种抹面天沟n值表。
各种抹面天沟n值表
点击查看
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雨水排水系统的水力计算
4.3.3 设计计算步骤
计算需要排除的雨水量
根据建筑物的性质选定设计重现期P，根据当地的暴雨强
度公式计算q5 或h5 ，则需要排除的雨水量按式计算为：
q5Fw
q y  K1
10000
比较qy 、Q ，应满足：Q≥qy ，以保证天沟的安全排水。
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雨水排水系统的水力计算
4.3.3 设计计算步骤
溢流口
为防止降雨量过大时，天沟翻水危害建筑物安全，在女
儿墙上，山墙上设置溢流口。
溢流口的排水量按堰流的流量公式计算：
Q  mb 2g H13/ 2
式中
Q
m
b
H
—— 溢流口流量，L/s；
—— 流量系数；
—— 溢流口宽度，m ；
—— 溢流口前的水头，m。
其中的流量应能够达到设计重现期对应的暴雨流量。
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雨水排水系统的水力计算
4.3.3 设计计算步骤
天沟的设计计算有两种情况：
已知：天沟的长度、形状、几何尺寸、
坡度、材料和汇水面积
求解：校核重现期是否满足要求
点击查看具体步骤
已知：天沟的长度、坡度、材料、
汇水面积和设计重现期
求解：天沟的形状和几何尺寸
点击查看具体步骤
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雨水排水系统的水力计算
4.3.3 设计计算步骤
３．重力流和重力半有压流内排水系统
选择布置雨水斗，布置连接管、悬吊管、
计算的内容： 立管、排出管和埋地管,计算确定连接管、
悬吊管、立管、排出管和埋地管管径。
为了简化计算，迅速确定雨水斗的规格和数量，将雨
水斗的最大允许泄流量换算成小时降雨厚度h5 情况下最大
允许汇水面积。
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雨水排水系统的水力计算
4.3.3 设计计算步骤
３．重力流和重力半有压流内排水系统
小时降雨厚度h5 情况下最大允许汇水面积。
径流系数ψ＝0.9 ，将雨水斗最大泄流量表中的雨水斗
最大允许泄流量带入上式，可得雨水斗最大允许汇水面积表，
见雨水斗最大允许汇水面积表。
雨水斗最大允许汇水面积
点击查看
雨水斗最大泄流量表
点击查看
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雨水排水系统的水力计算
4.3.3 设计计算步骤
重力流和重力半有压流内排水系统设计步骤：
根据建筑物内部墙、梁、柱的位置，屋面的构造和坡度划
分为几个系统，确定立管的数量和位置；
根据各个系统的汇水面积，查雨水斗最大允许汇水面积表
确定雨水斗的规格和数量；
确定连接管管径：
连接管管径与雨水斗出水管管径相同。
单斗系统，悬吊管、立管、排出横管的管径均与连接
管管径相同。
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雨水排水系统的水力计算
4.3.3 设计计算步骤
重力流和重力半有压流内排水系统设计步骤：
计算悬吊管连接的各雨水斗流量之和，确定（重力流）或
计算（重力有压流）水力坡度，查悬吊管（铸铁管、钢管）
水力计算表或悬吊管（塑料管）水力计算表，确定悬吊管
的管径，悬吊管的管径宜保持不变。
计算立管连接的雨水斗泄流量之和，查立管最大允许泄流
量表，确定立管管径，当立管只连接一根悬吊管时，因立
管管径不得小于悬吊管管径，所以立管管径与悬吊管管径
相同。
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雨水排水系统的水力计算
4.3.3 设计计算步骤
重力流和重力半有压流内排水系统设计步骤：
排出管管径一般与立管管径相同；如果为了改善整个雨水
排水系统的泄水能力，排出管也可以比立管放大1级管径。
计算埋地干管的设计排水量，确定（重力流）或计算（重
力有压流）水力坡度，为保障排水通畅，埋地管坡度应不
小于0.003，查附录4.3确定埋地横干管的管径。
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4.4
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下一节:
压力流(虹吸式)雨水排水系统
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已经确定天沟的长度、形状、几何尺寸、坡度、
材料和汇水面积，校核重现期是否满足要求。
其设计计算步骤为：
(１)计算过水断面积ω；
(６)求计算重现期P计：
(２)求流速V ；
若计算重现期≥设计重现期P设 ；
(３)求天沟允许通过的
确定立管管径；
流量Q允 ；
若计算重现期≤设计重现期P设 ，
(４)计算汇水面积F ；
改变天沟几何尺寸
(５)由
增大过水断面积
求5分钟的暴雨强
度q5 ；
重新计算，校核重现期
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已经确定天沟的长度、坡度、材料、汇水面积
和设计重现期，确定天沟的形状和几何尺寸
其设计计算步骤为：
(１)确定分水线，求每条天
沟的汇水面积F ；
(２)求5分钟的暴雨强度q5 ；
(３)求天沟设计流量Q设 ；
(４)初步确定天沟形状和几
何尺寸；
(５)求天沟过水断面面积ω；
(６)求流速V ；
(７)求天沟允许通过的流量
Q允 ；
(８)
若 Q设 ≤Q允 ：
确定立管管径；
若 Q设 ≥Q允 ：
改变天沟的形状和几何
尺寸，增大天沟的过水断水
面积ω，重新计算。
Q设 ：天沟设计流量
Q允 ：天沟允许通过的流量
点击返回
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各种抹面天沟 n 值表
天沟壁面材料
n
天沟壁面材料
n
水泥砂浆光滑抹面
0.011
喷浆护面
0.016～0.021
普通水泥砂浆抹面
0.012～0.013
不整齐表面
0.020
无抹面
0.014～0.017 豆砂沥青玛碲脂表面
0.025
返回
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雨水斗最大泄流量（L/s）表
雨水斗最大泄流量（L/s）表
雨水斗形式
虹吸式
87式（单斗）
87式（多斗）
堰流斗式
管径（mm）
50
75
100 150
6
12
25
8
16
32
6
12
26
按生产厂家的资料选取
200
52
40
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